歼-6I型，于1966年研制成功，为高空截击型，提高了升限，三航空机炮，进气口有铝制整流锥。换装了推力更大的涡喷6甲发动机，增大了机翼和襟翼的面积，减少了不必要的设备和结构重量，取消了翼根航炮，只保留了机头右下方的1门。由沈阳飞机厂研制。

歼-6I是中国沈阳飞机工业（集团）有限公司制造的单座双发超音速战斗机，根据苏联的米格-19战斗机仿制和发展的，是60年代至70年代中国空军的主力歼击机，可以用于国土防空和夺取前线局部制空权，亦可执行一定的对地支援任务。

20世纪60年代初期，随着美国、蒋介石集团的RB-57D和U-2高空侦察机、“火蜂”高空无人机和空飘气球不断对中国大陆进行侦察，尤其是在中国进行原子弹试验前后，敌对势力的侦察活动更加猖，

同时。北部湾事件后，美国军队开始大规模空袭北越。为了防止朝鲜战争的情况重演，美军也需要大量搜集中国西南边境的情报，其主要手段之一就是高空无人侦察机（初期是BQM-147G，后期改进为BQM-147H）。其最大飞行高度可达20,000米，典型侦察飞行高度17,000～18,000米，超过歼-6实用升限，但在其动升限范围内。采用适当的战术和正确的引导、操纵，可以使用歼-6对其实施打击。但问题在于，实际拦截时的战术选择、引导、操纵对飞行员和地面情报保障、指挥人员的要求均相当高，拦截难度很大。

1964年10月13日，空1师1架歼-6在广西壮族自治区拦截一架高空侦察机时，作战高度达17,600米，3次开炮未能击落。飞行员决心撞下敌机，但动作过猛，飞机进入尾旋坠毁，美侦察机安然返航。此后，在总结经验的基础上，空军歼-6多次击落美侦察机，但实际作战时歼-6升限不足仍然是拦截的主要技术障碍。因此，中国空军部队急需一种能歼灭敌高空侦察机的高空截击机，同时也需要高空飞机来观察和收集原子弹爆炸之后的高空微粒。歼-6Ⅰ就是在这样的背景下开始研制的。

歼-6Ⅰ是在歼-6昼间超声速歼击机基础上改型设计的高空截击型。1965年，112厂对该机提出了歼-6“轻装”研制方案。该方案利用当时在试飞站的一架已经飞了13架次但尚未合格的2306号歼-6飞机进行改装试验，一边排除飞机上的各种故障，一边根据“轻装”方案改装。

歼-6Ⅰ在歼-6基本型的基础上，换装了推力更大的涡喷6甲（811甲）发动机，使单台最大推力达到3000千克力，单台加力推力达到3705千克力，比歼-6原型机装用的涡喷6发动机的推力有了较大提高；增加了襟翼面积0.6米2，从而增加了机翼面积并提高了高空稳定性，消除了原型机在接近升限时产生的左右摇摆现象；拆下防弹钢板、着陆灯、信号枪、两个氧气瓶和机翼的两门炮，从而减重485千克，采用0.5毫米厚度的薄壁油箱也减轻了飞机重量。因此，歼-6Ⅰ飞机设计升限可达18500米。

1966年，歼-6I改装成功。总计改装了12架（*）。